Solar 12V SLA-batterijlader - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:17

Enige tijd geleden kwam ik in het bezit van een "Lemon" van een side-by-side ATV. Het volstaat te zeggen dat er VEEL mis mee is. Op een gegeven moment besloot ik dat "HEY, ik zou gewoon mijn eigen krachtige oplader op zonne-energie moeten bouwen om de goedkope, dood-als-een-deur-nagelbatterij opgeladen te houden terwijl de koplampen branden!" Uiteindelijk evolueerde dat in het idee dat "HEY, ik zou die drol van een batterij moeten gebruiken om sommige externe projecten die ik van plan was van stroom te voorzien!"

Zo werd de "Lead Buddy" zonne-acculader geboren.

Aanvankelijk keek ik ernaar om mijn ontwerp af te leiden van Sparkfun's "Sunny Buddy" (vandaar waar ik de naam vandaan heb), maar bij toeval merkte ik dat een onderdeel dat ik al in een ander project gebruikte, eigenlijk een toepassingsnotitie had over gebruik als een oplader op zonne-energie (die ik had gemist toen ik eerder door de datasheet bladerde) - LTC4365 van Analog Device! Het heeft geen MPPT, maar hey, Sparkfun's "Sunny Buddy" ook niet (in ieder geval geen echte MPPT…). Dus, hoe lossen we dit precies op? Nou, beste lezer, je kijkt door app-notities!!! Specifiek, Microchip's AN1521 "Practical Guide to Implementing Solar Panel MPPT Algorithms". Het is eigenlijk best interessant om te lezen en biedt je meerdere verschillende methoden om MPPT-besturing te implementeren. Je hebt maar twee sensoren nodig, een spanningssensor (spanningsdeler) en een stroomsensor, en je hebt precies één uitgang nodig. Ik kende toevallig een speciale stroomsensor die kan worden gebruikt met een N-Channel MOSFET, de IR25750 van International Rectifier. Hun AN-1199 op de IR25750 is ook interessant om te lezen. Ten slotte hebben we een microcontroller nodig om het geheel aan elkaar te koppelen, en aangezien we maar 3 pinnen nodig hebben, voert u de ATtiny10 in!

Stap 1: Onderdelen kiezen, schema's tekenen

Nu we onze 3 primaire onderdelen hebben, moeten we beginnen met het kiezen van de verschillende andere componenten die onze IC's moeten vergezellen. Ons volgende belangrijke onderdeel zijn onze MOSFET's, specifiek voor deze revisie (zie de laatste stap voor meer informatie daarover), ik koos ervoor om TWEE SQJB60EP Dual N-Channel MOSFET's te gebruiken. Eén MOSFET wordt exclusief bestuurd door de LTC4365 en de andere MOSFET is zo ingesteld dat één FET fungeert als een "ideale low-side diode" die bedoeld is voor bescherming tegen omgekeerde invoer (als u dat op Google zoekt, zult u waarschijnlijk niet komen met de toepassingsnotities van TI en Maxim over dit onderwerp, ik moest er even naar graven.), terwijl de andere FET wordt bestuurd door de 16-bits PWM-timer van de ATtiny10 (of welke resolutie je ook kiest…). Vervolgens komen onze passieven, die eerlijk gezegd niet zo belangrijk zijn om op te noemen. Ze bestaan uit weerstanden voor spanningsdelers/laderprogrammering en verschillende bypass-/opslagcondensatoren, zorg er alleen voor dat uw weerstanden het vermogen dat erdoor wordt gedissipeerd aankunnen en dat uw condensatoren redelijke temperatuurtoleranties hebben (X5R of beter). Het is belangrijk op te merken dat vanwege de manier waarop dit is ontworpen, er een batterij aan het bord MOET worden bevestigd om te kunnen functioneren.

Ik heb de LTC4365 zo ingesteld dat hij ofwel 12 of 24V-batterijen kan opladen door een jumper te verwisselen (om de OV-pin op de oplader te voorzien van 0,5V wanneer de batterij is opgeladen tot ongeveer 2,387V/cel voor 12V-batterijen). De spanningsdeler van de lader is ook temperatuurgecompenseerd via een 5k PTC-weerstand die via een 2,54 mm-header op het bord wordt aangesloten en met een thermisch geleidende potgrond of zelfs ducttape op de zijkant van de batterij wordt aangesloten. We moeten ook een paar zeners gebruiken in het ontwerp, namelijk voor het aansturen van de MOSFET met omgekeerde spanning (evenals het leveren van stroom aan de andere FET in het geval dat u de MPPT-componenten niet installeert via een jumperpad) en voor het beschermen van de LTC4365's pinnen van overspanning. We zullen de ATtiny10 van stroom voorzien met een 5V-autoregelaar die geschikt is voor 40V-invoer.

Zekeringen…

Een belangrijk ding om op te merken, is dat u ALTIJD zekeringen op uw in- en uitgangen moet hebben als het gaat om batterijladers, en dat u ALTIJD OV-beveiliging moet gebruiken op hoogstroomingangen (IE-batterij). Bij lage stroomingangen kan OVP niet gemakkelijk worden geïmplementeerd (IE-Crowbar-circuits), omdat ze vaak niet genoeg stroom kunnen produceren om een stroomonderbreker/zekering uit te schakelen. Dit kan leiden tot een fatale situatie waarin uw TRIAC/SCR begint te oververhitten, mogelijk defect raakt, waardoor uw componenten later beschadigd raken of uw project in vlammen opgaat. Je moet voldoende stroom kunnen leveren om de zekering ook echt op tijd door te blazen (wat onze 12V accu KAN doen). Wat zekeringen betreft, heb ik besloten om voor de 045003. MR van Littlefuse te gaan. Het is een fantastische zekering in een heel klein SMD-pakket. Als u besluit grotere zekeringen te gebruiken, zoals 5x20mm zekeringen, GELIEVE, VOOR DE LIEFDE VAN WAT HOGER ZIJN U BID TOT….. Gebruik geen glaszekeringen. Glaszekeringen kunnen breken als ze doorbranden, waardoor stukjes heet gesmolten metaal en scherp glas over je hele bord worden gestuurd en daarbij allerlei soorten schade aanrichten. Gebruik ALTIJD keramische lonten, de meeste zijn gevuld met zand, zodat ze je bord of je huis niet braden als ze blazen (om nog maar te zwijgen van het feit dat het keramiek zelf ook moet helpen bij de bescherming, vergelijkbaar met het gebruikte keramische pantser om moderne gevechtsvoertuigen te beschermen tegen gevormde lading kernkoppen / ECHT HETE JETS VAN PLASMA). In staat zijn om dat draadje in je lont te "zien" (dat je misschien toch niet kunt zien, vooral als je bijna blind bent) is het niet waard om een smeulende stapel houtskool te hebben waar je huis vroeger was. Als u uw zekering moet testen, gebruik dan een multimeter om de weerstand te controleren.

ESD-bescherming

De tijd dat we uitsluitend op dure varistors van $ 5-10 vertrouwden om onze elektronische projecten te beschermen, is allang voorbij. Je moet ALTIJD wat TVS- of Transient Voltage Supression-diodes erin gooien. Er is letterlijk geen reden om dat niet te doen. Elke ingang, vooral een ingang van een zonnepaneel, moet worden beschermd tegen ESD. In het geval van een blikseminslag in de buurt van uw zonnepanelen/elk stuk draad, kan die kleine TVS-diode, in combinatie met een zekering, voorkomen dat uw project wordt beschadigd door enige vorm van ESD/EMP (wat een blikseminslag is). staking is, een beetje …). Ze zijn lang niet zo duurzaam als MOV's, maar ze kunnen de klus meestal wel klaren.

Dat brengt ons bij ons volgende item, Spark gaps. "Wat zijn vonkbruggen?!?" Welnu, vonkbruggen zijn in wezen slechts een spoor dat zich uitstrekt in een grondvlak vanaf een van je invoerpinnen, waarvan het soldeermasker is verwijderd en het lokale grondvlak en wordt blootgesteld aan de open lucht. Simpel gezegd, het stelt ESD in staat om rechtstreeks in uw grondvlak (het pad van de minste weerstand) over te steken en hopelijk uw circuit te sparen. Ze kosten absoluut niets om toe te voegen, dus je moet ze altijd toevoegen waar je kunt. Je kunt de afstand berekenen die je nodig hebt tussen je spoor en het grondvlak om te beschermen tegen enige spanning door middel van de wet van Paschen. Ik ga niet bespreken hoe ik dat moet berekenen, maar het volstaat te zeggen dat een algemene kennis van calculus wordt geadviseerd. Anders zou je in orde moeten zijn met een ruimte van 6-10 mil tussen het spoor en de grond. Het gebruik van een afgerond spoor is ook aan te raden. Zie de foto die ik heb gepost voor een idee over hoe het te implementeren.

grondvliegtuigen

Er is geen reden om in de meeste elektronicaprojecten geen grote grondpoging te gebruiken. Bovendien is het extreem verspillend om geen gemalen gietstukken te gebruiken, omdat al dat koper moet worden weggeëtst. U betaalt al voor het koper, u kunt het net zo goed niet de waterwegen van China (of waar dan ook) laten vervuilen en het goed gebruiken als uw grondvliegtuig. Gearceerde stromen hebben een zeer beperkt gebruik in moderne elektronica en worden zelden of nooit meer voor dat doel gebruikt, aangezien stromen van vaste grond naar verluidt betere eigenschappen hebben voor hoogfrequente signalen, om nog maar te zwijgen van het feit dat ze beter zijn in het afschermen van gevoelige sporen EN enige bypass kunnen bieden capaciteit met een "live" vlak als u een meerlagig bord gebruikt. Het is ook belangrijk op te merken dat als u een reflow-oven of een hetelucht-reworkstation gebruikt, solide grondvlakverbindingen met passieve componenten niet worden geadviseerd, omdat ze kunnen "grafstenen" wanneer ze opnieuw vloeien, omdat het grondvlak meer thermische massa heeft dat moet worden verwarmd om het soldeer te laten smelten. Je kunt het zeker doen als je voorzichtig bent, maar je moet thermische ontlastingskussens gebruiken, of wat EasyEDA "Spokes" noemt, om het aardingspad van je passieve component op aan te sluiten. Mijn bord maakt gebruik van thermische reliëfkussens, maar aangezien ik met de hand soldeer, maakt het eigenlijk niet uit.

Over warmteafvoer…

Onze zonnelader mag niet te veel warmte afvoeren, zelfs niet bij de maximale ontworpen stroom van 3A (afhankelijk van de zekering). In het slechtste geval zijn onze SQJB60EP's op weerstand 0,016mOhm bij 4,5V bij 8A (SQJ974EP in mijn tweede revisie, bij 0,0325mOhm, zie mijn opmerkingen aan het einde voor meer info). Met behulp van de wet van Ohm, P = I ^ 2 * R, is onze vermogensdissipatie 0,144 W bij 3 A (nu begrijp je waarom ik N-kanaal MOSFET's heb gebruikt voor onze MPPT en omgekeerde spanningsdiode-schakeling). Onze 5V-regelaar voor auto's zou ook niet te veel moeten dissiperen, omdat we slechts een paar dozijn milliampère trekken. Met een 12V- of zelfs een 24V-batterij zouden we niet genoeg stroomverlies op de regelaar moeten zien om ons echt zorgen te maken over het koelen ervan, maar volgens de uitstekende toepassingsnota van TI over dit probleem, verdwijnt het grootste deel van uw vermogen omdat warmte zal verdwijnen. geleid terug in de printplaat zelf, omdat dit de weg van de minste weerstand is. Onze SQJB60EP heeft bijvoorbeeld een thermische weerstand van 3,1C/W tegen de drainpad, terwijl de plastic verpakking een thermische weerstand heeft van 85C/W. Warmteafvoer is veel effectiever als het via de printplaat zelf wordt gedaan, dwz door mooie grote vlakken voor je componenten aan te leggen die veel warmte afvoeren (waardoor je printplaat in een hoofdspreider verandert), of via's naar de andere kant van het bord leiden van een kleiner vlak aan de bovenkant om compactere ontwerpen mogelijk te maken. (Door thermische via's naar een vlak aan de andere kant van het bord te leiden, is het ook mogelijk om eenvoudig een koellichaam / slug aan de achterkant van het bord te bevestigen, of om die warmte door het grondvlak van een ander bord te laten verspreiden wanneer het als een module.) Een snelle en vuile manier om te berekenen hoeveel vermogen u veilig van een onderdeel kunt afvoeren, is (Tj - Tamb) / Rθja = Vermogen. Voor meer informatie raad ik je ten zeerste aan om de app-notitie van TI te lezen.

En tenslotte…

Als je je project in een container wilt hebben, zoals ik van plan ben te doen omdat het duidelijk buiten zal worden gebruikt, moet je altijd je container / doos selecteren voordat je je bord neerzet. In mijn geval koos ik voor Polycase's EX-51, en heb mijn bord als zodanig ontworpen. Ik heb ook een "frontpaneel" -bord ontworpen, dat wordt aangesloten op de gekartelde "gaten" van de zonne-ingang, of beter gezegd, sleuven (die passen op een bord met een dikte van 1,6 mm). Soldeer ze aan elkaar en je bent klaar om te gaan. Dit paneel heeft waterdichte connectoren van Switchcraft. Ik heb nog niet besloten of ik een "voorpaneel" of een "achterpaneel" zal gebruiken, maar hoe dan ook, ik heb ook een "waterdichte kabelwartel" nodig voor zowel de invoer als de uitvoer, evenals voor onze batterijthermistor. Bovendien kan mijn oplader ook als module op een bord worden geïnstalleerd (vandaar de gekartelde gaten).

Stap 2: Uw onderdelen verkrijgen

Het bestellen van uw onderdelen kan een ondraaglijke taak zijn, gezien het aantal leveranciers dat er is, en gezien het feit dat er van tijd tot tijd kleine onderdelen verloren gaan (bijv. weerstanden, condensatoren). In feite ben ik de weerstanden voor het 24V-batterijlaadcircuit kwijtgeraakt. Gelukkig zal ik het 24V-laadcircuit niet gebruiken.

Ik heb ervoor gekozen om mijn PCB bij JLCPCB te bestellen, omdat het spotgoedkoop is. Ze leken ook over te schakelen naar een "photo image-able" proces, dat mooie scherpe zeefdrukken (en soldeermaskers) achterlaat sinds ik voor het laatst bij hen heb besteld. Helaas bieden ze geen gratis verzending meer, dus je moet ofwel een of twee weken wachten om het te krijgen, of je moet $ 20+ betalen om het via DHL te laten verzenden…. Wat betreft mijn componenten, ik ging met Arrow, omdat ze gratis verzending hebben. Ik hoefde alleen de thermistor van Digikey te kopen, omdat Arrow die niet had.

Gewoonlijk zijn passieven van 0603-formaat A-OK om te solderen. 0402-componenten kunnen moeilijk zijn en gaan gemakkelijk verloren, dus bestel minstens het dubbele van wat u nodig heeft. Controleer altijd of ze u al uw componenten hebben gestuurd. Dit is vooral belangrijk als ze uw bestelling niet consolideren en u in plaats daarvan 20 verschillende dozen via FedEx sturen.

Stap 3: Klaarmaken…

Klaar om te solderen…. Je hebt echt niet zoveel gereedschap nodig om te solderen. Een goedkope, matig aangedreven soldeerbout, vloeimiddel, soldeer, pincet en knipsels, zijn ongeveer alles wat je nodig hebt. U MOET ook een brandblusser bij de hand hebben, en u moet ALTIJD een masker bij de hand hebben om verontreinigende stoffen in de lucht te filteren die worden afgeschrikt door de flux, die kankerverwekkend/giftig is.

Stap 4: Samenvoegen

Het monteren van uw printplaat is heel eenvoudig. Het is eigenlijk gewoon "een pad vertinnen, een pin op dat lipje solderen en vervolgens de rest van de pinnen 'soldeer'". Je hebt geen microscoop of een fancy reworkstation nodig om SMD-componenten te solderen. Je hebt niet eens een vergrootglas nodig voor iets groters dan 0603 (en soms 0402) componenten. Zorg er wel voor dat er geen overbrugde pinnen zijn en dat u geen koude gewrichten heeft. Als je iets "grappigs" ziet, doe er dan een beetje vloeimiddel op en sla erop met het strijkijzer.

Wat flux betreft, moet je waarschijnlijk geen schone flux gebruiken, omdat het veilig is om op je bord te laten. Helaas is het lastig om het echt van je bord te verwijderen. Om 'niet-schoon' vloeimiddel te reinigen, moet u zoveel mogelijk van het grote spul verwijderen met wat hoogwaardige ontsmettingsalcohol, een concentratie van meer dan 90%, en een wattenstaafje. Poets het vervolgens goed met een oude tandenborstel (oude elektrische tandenborstels/tandenborstelkoppen werken prachtig). Verwarm tot slot wat gedestilleerd water voor een warmwaterbad. Je zou wat afwasmiddel kunnen gebruiken als je dat wilt (zorg er wel voor dat het je bord niet royaal vastschroeft, het mag geen kale verbindingen op je PCB beschadigen, omdat afwasmiddelen zijn ontworpen om te "hechten" aan organische componenten door de hydrofobe component van de zeep. De hydrofobe-hydrofiele werking wordt geleverd door de polaire/niet-polaire koolwaterstof/alkali-structuur van de moleculen en kan worden afgewassen via de hydrofiele component. Echt, het enige probleem is wanneer het niet goed wordt gespoeld met gedestilleerd water of als het extreem corrosief is). IFF door een wonder krijg je eigenlijk alle niet-schone flux eraf met alcohol, en dat zal je waarschijnlijk niet doen, je kunt het wassen van je bord overslaan.

Na ongeveer 30 minuten zou het hete water de rest van het plakkerige residu op je bord moeten breken, dan kun je met je tandenborstel naar de stad gaan en de rest eraf halen. Goed afspoelen en laten drogen in een broodroosteroven op de laagste stand, of minimaal 24 uur in de open lucht laten drogen. In het ideale geval zou u een broodroosteroven of een goedkoop heteluchtpistool van Harbor Freight moeten gebruiken die ver genoeg van u af wordt gehouden om niets te bakken. U kunt ook perslucht gebruiken voor hetzelfde effect.

Als een kanttekening, wees voorzichtig bij het poetsen van uw PCB's, omdat u componenten los kunt krijgen. U hoeft niet heel hard te drukken, net genoeg om de borstelharen tussen de componenten te krijgen.

Stap 5: Zonnepanelen…